数字模型与仿真-流体篇

一、流体数字仿真原理

   我们每时每刻都在流体中运动，陆地上的一切都被空气包围着，而在海洋中则被液体包围着，最详细的流体流动模型是以“第一原理”为基础的，如质量守恒、动量守恒和能量守恒。体现这些基本原理的数学方程由来已久，但在数值方法和数字计算机发明之前一直显得毫无价值。20世纪下半叶出现了计算流体力学(CFD-Computational Fluid Dynamics)，这是一门处理流体流动数值模拟的新的应用数学分支。目前，基于CFD模型的计算机程序经常被用来预测各种日益复杂的流动现象, 仿真结果的好坏取决于模型的选择。我们看到的许多动画和特效软件使用的算法就是基于CFD中提出的。

二、流体数字仿真模拟方法

   在当今的电影工业中，应用最广泛的要数混合方法了。这类方法结合了欧氏方法易于处理不可压性和复杂边界条件的优点，以及拉氏方法求解导引项数值耗散很小的特点。尤其是其中的粒子元胞法（Particle-In-Cell, PIC）、隐式粒子流体法（FLuids-Implicit-Particle, FLIP）以及最近，由蒋陈凡夫等人开发的仿射粒子元胞法（Affine Particle-In-Cell, APIC [Jiang2015]）为代表。目前这类方法已经集成到最新版的特效软件中，如Houdini、RealFlow等等。

三、建筑工程应用

   随着国家数字化转型的不断推进，碳中和等数字政务以及抽水蓄能电站数字孪生等各类数字管理平台的搭建的过程中，houdini等计算机图形软件可以制作出逼真的数字仿真效果，除了应用在水利工程，市政景观方案表现之外也可用于建筑场馆行人以及道路桥梁车流量的交通分析等等。

四、本篇小结

   本期视频展示了瀑布流体和一条河流的制作案例，详细介绍了流体数字仿真的整个流程，并对高精度河流网格曲面生成进行了优化，为后续流体数字仿真具体工程应用案例展示奠定了基础。借助数字化手段，服务新设计，赋能新基建。最后感谢大家的支持，祝大家中秋快乐~

五、制作流程分享